数控车床螺纹加工工艺方案分析.doc

数控车床螺纹加工工艺方案分析
【摘要】这里分析了轴类零件中螺纹加工工艺方案的制订，采用BEI-JING-FANUC 0i系统的数控车床运用不同指令进行螺纹加工的误差分析。
【关键词】螺纹；工艺；误差分析

常用螺纹的牙型有三角形、梯形、矩形等。螺纹的加工方法多种多样，大规模生产直径较小的三角螺纹，常采用滚丝、搓丝或轧丝的方法，对数量较少或批量不大的螺纹常采用车削的方法。随着数控技术的逐渐普及，轴类零件越来越多的采用数控车床加工。这里以BEIJING-FANUC 0i系统为例，介绍在数控车床上加工螺纹时，其工艺方案的制订及数控加工程序的不同所造成的误差分析。
一、加工工艺分析
在数控车床上加工螺纹，首先要制订合理的工艺方案，然后才能进行编程和加工。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床效率的发挥，而且将直接影响到螺纹的加工质量。
1、走刀路线的确定
在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的,向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比关系，考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降为零，驱动系统必有一个过渡过程，因此沿轴向进给的加工路线长度，除保证螺纹长度外，还应增加刀具引入距离δ1和超越距离δ2（见图1），δ1和δ2的数值与车床拖动系统的动态特性、螺纹的螺距和精度有关。一般δ1为2-5mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值；δ2一般为退刀槽宽度的一半左右，取1-3mm左右若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀收尾。
2、螺纹车刀的选用
螺纹车刀属于成形刀具，要保证螺纹牙型的精度，必须正确刃磨和安装车刀。对螺纹车刀的要求主要有以下几点：
(1)车刀的刀尖角一定要等于螺纹的牙型角；
(2)精车时车刀的纵向前角应等于0°；粗车时允许有5°-15°的纵向前角；
(3)因受螺纹升角的影响，车刀两侧的静止后角应不相等，进给方向后面的后角较大，一般应保证两侧面均有3°-5°的工作后角；
(4)车刀两侧刃的直线性要好。
制造螺纹车刀的材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢螺纹车刀刃磨方便、切削刃锋利、韧性好，能承受较大的切削冲击力，加工的螺纹表面粗糙度小。但它的耐热性差，不宜高速车削。
硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温，但抗冲击能力差。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。
3、三角螺纹的车削方法
车螺纹的进刀方式有直进式和斜进式，直进式车螺纹容易保证牙型的正确性，但车削时，车刀刀尖和两侧切削刃同时进行切削，切削力较大，容易产生扎刀现象，因此只适用于车削较小螺距的螺纹。用斜进法车削螺纹，刀具是单侧刃加工，排屑顺利，不易扎刀。当螺距P<3mm时，一般采用直进法；螺距P≧3mm时，一般采用斜进法。
4、切削用量的选择
4.1主轴转速的确定
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：
n≤1200/P-K
式中：P是螺纹的螺距(mm)；K是保险系数，一般取为80。
4.2走刀次数和背吃刀量的确定
螺纹加工中的走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的走刀次数和背吃刀量可参考表1。

表1普通螺纹走刀次数和背吃刀量的参考表

二、编程示例
不同的数控系统，车螺纹的编程指令有所不同。对于BEIJING-FANUC 0i系统来说，有三种指令可用于等螺距直螺纹、锥螺纹的车削。加工图1所示零件M30X2的普通外螺纹，主轴转速n1200/P-K=（1200/2-80）=520r/min.根据零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。螺纹的螺距为2，根据表1可知其牙深为1.3，安排5次走刀，每次的背吃刀量分别为0.9、0.6、0.6、0.4、0.1，车螺纹时设定升速段δ1取值5mm，降速段δ2取值2mm。

1、用G32指令进行车螺纹
T0101 M03 S400；（T0101为螺纹车刀，主轴正转，转速为400 r/min）
G00 X29.1 Z5；
G32 Z-42.F2.0；（第一次车螺纹，背吃刀量为0.9mm）
G00 X32；

Z5；
X28.5；
G32 Z-42.F2.0；（第二次车螺纹，背吃刀量为0.6mm）
G00 X32；
Z5；
X27.9；
G32 Z-42.F2.0；（第三次车螺纹，背吃刀量为0.6mm）
G00 X32；
Z5；
X27.5；
G32 Z-42.F2.0；（第四次车螺纹，背吃刀量为0.4mm）
G00 X32；
Z5；
X27.4；
G32 Z-42.F2.0；（最后一次车螺纹，背吃刀量为0.1mm）
G00 X32；
X100 Z100；
M05；
M30；
2、采用G92指令进行车螺纹
T0101 M03 S400；（T0101为螺纹车刀主轴正转，转速为400 r/min）
G00 X32 Z5；（刀具定位到循环起点）
G92 X29.1 Z-42 F2.0；（第一次车螺纹）
X28.5；（第二次车螺纹）
X27.9；（第三次车螺纹）
X27.5；（第四次车螺纹）
X27.4；（最后一次车螺纹）
G00 X100 Z100；（刀具回换刀点）
M05；
M30；
3、采用G76指令进行车螺纹
T0101 M03 S400；（T0101为螺纹车刀，主轴正转，转速为400 r/min）
G00 X32 Z5；（刀具定位到循环起点）
G76 P011060 Q100 R0.2；（车螺纹）
G76 X27.4 Z-42 R0 P1300 Q900 F2.0；（螺纹高度为1.3mm，第一次车削深度为0.9mm，螺距为2mm）
G00 X100 Z100；（刀具回换刀点）
M05；
M30；
通过对同一螺纹三种不同的编程方法进行分析，可以知道采用G32编程，程序段长，一般很少采用此种方法；采用G92编程，条理很清晰并且走刀路线直观，程序段也不是太长；采用G76编程最为方便，程序段最少，但是参数计算比较复杂。在实际加工中，G92编程和G76编程的区别，主要看工件要求的精度来确定。
三、加工误差分析及使用
1、 G92直进式切削方法
由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。
2、 G76斜进式切削方法
由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。
四、结束语
在加工合格且精度要求较高螺纹时，要在生产实践中不断总结经验，避免出现故障。特别在应用数控车床加工精度要求较高的螺纹时，可采用两刀加工完成，即先用G76加工方法进行粗车，然后用G92加工方法进行精车，可以达到比较好的效果。但要注意刀具起始点要准确，不然容易出现乱扣，造成零件报废。
参考文献：
[1]FANUC series Oi Mate-TC操作说明书
[2]高枫.数控车削编程与操作训练.高等教育出版社，2005.
[3]于华.数控机床的编程及实例.北京：机械出版社，1998.